Charger sa voiture électrique aussi vite qu'un plein

Les véhicules électriques seront réellement compétitifs lorsqu’on pourra faire le plein d’électricité aussi rapidement que celui de fuel. Si les batteries font des progrès de stockage exponentiels, c’est le réseau qui reste le maillon faible: comment supporterait-il la recharge simultanée de milliers de véhicules? De surcroit si la recharge est ultrarapide, ce qui requiert une puissance plus que décuplée. Des chercheurs de l’EPFL ont trouvé la parade: le stockage intermédiaire.

En une minute trente, le réservoir d’une voiture diesel est capable d’ingurgiter de quoi rouler près de 1000km. Après le même temps de charge, la plus performante des voitures électriques ne roulera pas plus de 6 kilomètres. Pour charger plus vite, la seule solution est d’augmenter la puissance à l’entrée. Mais il faudrait 4,5MW, soit la puissance de 4500 machines à laver, pour effectuer une recharge aussi rapide. Impossible à obtenir avec le réseau de distribution sans le faire tomber.

En basse ou moyenne tension
«Nous avons imaginé un système de stockage intermédiaire», estime Alfred Rufer, chercheur au Laboratoire d’électronique industrielle. «Ce stockage tampon permet de découpler les stations du réseau, tout en garantissant un niveau de recharge élevé pour les véhicules.» Et le tout en utilisant le réseau basse tension (celui qui arrive dans les foyers) ou moyenne tension (distribution régionale), ce qui réduit considérablement les investissements.

Concrètement, l’élément de stockage intermédiaire est une batterie lithium-fer, d’une taille approximative d’un container maritime, qui s’alimente en continu à petite puissance sur le réseau. Quand une voiture souhaite faire un plein express, la batterie tampon restitue fissa l’électricité accumulée à celle du véhicule. Le réseau n’est même pas sollicité.

Pour prouver que le système fonctionne, les chercheurs du Centre de l’énergie et du Laboratoire d’électronique industrielle de l’EPFL, ainsi que leurs partenaires de l’EMPA, l’ETHZ et la HES bernoise ont construit un démonstrateur. Il prend la forme d’une remorque contenant la batterie de stockage intermédiaire. Elle se recharge sur le réseau basse tension et fournit dans le quart d’heure les 20 à 30 kWh nécessaires à la recharge d’une batterie de véhicule électrique standard. «Nous voulions passer sous la barre psychologique de la demi-heure. Mais, il reste une marge d’amélioration», souligne Massimiliano Capezzali, directeur adjoint du Centre de l’énergie, qui a coordonné le projet.

Dimensionner les stations de recharge de demain
L’intérêt de ce concept est avant tout de permettre de dimensionner les stations de recharge de demain. Il faut imaginer un monde où, progressivement, les stations-service du XXe siècle seront remplacées par des stations de recharge électriques. Comme les pompistes évaluaient la taille de leurs citernes, les futurs fournisseurs d’énergie électrique devront estimer la puissance de leur stockage tampon. Pour aider au dimensionnement, les chercheurs ont donc construit une équation qui prend en compte différents paramètres: statistiques de trafic sur un tronçon donné, estimation du nombre de véhicules électriques, capacité de charge des batteries, le besoin de charge des utilisateurs…

Les simulations, sur la base de flux réels en Suisse romande, montrent que le scénario est tout à fait réaliste. Une station qui assurerait la recharge rapide de 200 véhicules par jour aurait besoin d’une capacité de stockage intermédiaire de 2,2MWh. Soit le même ordre de grandeur que l’énergie consommée par un foyer… en un an. En volume, cela correspond grosso modo à quatre conteneurs maritimes. «La mobilité électrique bouleverse nos habitudes. Il est évident qu’à l’avenir plusieurs systèmes de recharge – par exemple, lente à domicile et ultrarapide lors de longues distances – vont cohabiter», conclut Massimiliano Capezzali.